Approximate Solution for In-Plane Elastic Buckling of Shallow Parabolic Arches

낮은 포물선 아치의 탄성 면내좌굴에 관한 근사식

  • 문지호 (고려대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 윤기용 (선문대학교 토목공학과 교수) ;
  • 이종원 (고려대학교 공학기술연구소) ;
  • 이학은 (고려대학교 사회환경시스템공하고가)
  • Received : 2006.04.14
  • Accepted : 2006.07.21
  • Published : 2006.08.27

Abstract

The classical buckling theory assumes that prebuckling behavior is linear and that the effect of prebuckling deformations on buckling can be ignored. However, when the rise to span ratio decreases, prebuckling deformation cannot be ignored and the symetrical buckling strength can be smaler than the asymetrical buckling strength. Finally, arches can fail due to snap-through buckling. This paper investigates the non-linear behavior and strength of pin-ended parabolic shallow arches using the non-linear governing differential equation of shallow arches. These results were compared with the solution for the symmetrical buckling load of pin-ended parabolic shallow arches was suggested.

고전 좌굴 이론의 경우 좌굴 발생전 아치의 거동을 선형으로 가정하며, 전좌굴 변형을 무시한다. 이러한 가정은 비대칭 좌굴이 발생하는 깊은 아치의 경우 타당한 것으로 알려져 있다. 하지만 아치의 라이즈가 낮아지는경우 전좌굴 발선형성은 무시할 수 없으며, 비대칭 좌굴 강도보다 대칭 좌굴 강도가 낮아져 아치는 대칭좌굴에 의해 강도가 결정될 수 있다. 본 연구는 아치의 비선형 지배 미분 방정식을 이용하여 양단 힌지를 갖는 낮은 포물선 아치의 거동에 관한 연구를 수행하고 이러한 결과를 유한 요소 해석을 이용하여 검증하였다. 마지막으로 양단 힌지를 갖는 낮은 포물선 아치의 대칭 좌굴 강도에 관한 근사식을 제안하였다.

Keywords

References

  1. 김연태, 허택녕, 김문겸, 황학주(1992), 비선형 운동해석에 의한 낮은 아치의 동적 임계좌굴하중의 결정, 대한토목학회 논문집, 제 12권 2호, pp. 43-54
  2. 김승덕, 권태진, 박지윤(1998), 얕은 정현형 아치의 분기 좌굴에 관한 연구, 한국전산구조공학회 학술발표회 논문집, pp. 457-464
  3. 김승덕(1997), 대공간 구조물의 비선형 해석 기법, 한국전산구조공학회 학회지, 제 10권 1호, pp. 7-18
  4. 문지호, 윤기용, 김성훈, 이학은(2005), 압축력을 받는 포물선 아치 리브의 좌굴 강도, 대한토목학회정기학술대회 논문집, pp. 2188-2191
  5. 문지호, 윤기용, 김성훈, 이학은(2005), 대칭하중을 받는 포물선 아치 리브의 탄성 면내 좌굴 강도, 한국강구조학회 논문집, 제 17권 2호, pp. 161-171
  6. 박광규, 김문겸, 황학주(1986), 낮은 포물선 아치의 동적영역에 관한 연구, 대한토목학회 논문집, 제 6권 3호, pp. 1-9
  7. 임남형, 박남회, 강영종(2003), 연속적으로 브레이스된 아치의 탄성 좌굴, 대한토목학회 논문집, 제 23권 3호, pp. 521-526
  8. 염응준, 한택희, 임남형, 강영종(2004), 초기 하중을 고려한 박 판 아치의 횡 자유진동, 대한토목학회 논문집, 제 24권 2호, pp. 353-358
  9. ABAQUS Standard user's manual version 6.2 (2001), Hibbit, Karsson and Sorensen Inc.
  10. Austin, W. J. (1971), In-plane bending and buckling of arches, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 97, No. ST5, pp. 1575-1592
  11. Austin, W. J. (1976), Elastic buckling of arches under symmetrical loading, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 102, No. ST5, pp. 1085-1095
  12. Bradford. M. A., B. Uy. and Pi, Y.-L. (2002), In-plane elastic stability of arches under central concentrated load, Joural of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 128, No. 7, pp. 710-719 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2002)128:7(710)
  13. Eurocode(2003), Design of steel structures, European committee for standardisation
  14. Gregory, W. E. and Plaut, R. H.(1982), Dynamic stability boundaries for shallow arches, Joural of the Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol. 108, No. EM6, pp. 1036-1050
  15. Harrison, H. B. (1982), In-plane stability of parabolic arches, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 108, No. ST1, pp. 195-205
  16. Pi, Y.-L. and Trahair, N. S.(1998), Non-linear buckling and post buckling of elastic arches, Eng. Struct., Vol. 20 No. 7 pp. 571-579 https://doi.org/10.1016/S0141-0296(97)00067-9
  17. Pi, Y.-L. and Trahair, N. S.(1999), In-plane buckling and design of steelarches, Joural of the structural Engineering, ASCE, Vol. 125, No. 11, pp. 1291-1298 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1999)125:11(1291)
  18. Pi, Y.-L., M. A. Bradford and B. Uy(2002). In-plane stability of arches. Int J Solids Struct, Vol. 39, No. 2, pp. 105-125 https://doi.org/10.1016/S0020-7683(01)00209-8
  19. Plaut, R. H.(1978), Stability of shallow arches under multiple loads, Joural of the Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol. 104, No. EM5, pp. 1015-1026
  20. Timosheko, S., and Gere, J. M. (1961) Theory of elastic stability, 2nd edition, McGraw-Hill, New York